СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ЦВЕТНОГО ПОРТЛАНДТЦЕМЕНТА Российский патент 1997 года по МПК C04B7/52 

Изобретение относится к производству цементов, а именно к получению эффективных отделочных цветных литьевых портландцементов с пластифицирующей добавкой (ПЦЦЛ), которые могут быть использованы для создания долговечных, декоративных покрытий при облицовочных работах, при имитации фактуры естественного камня и керамики, для отделки фасадов жилых домов.

Известен способ производства цветных клинкерных цементов с разнообразными оттенками путем введения в исходные сырьевые шихты для обжига цементов пигментов различных красящих оксидов. Хромофорами, вызывающими декоративное окрашивание портландцементного клинкера, являются хром, марганец, кобальт, железо, никель и медь. Придаваемый ими цвет зависит от количества введенной красящей добавки, минералогического состава клинкера, а также от условий его обжига и охлаждения [1]
Недостаток известного способа заключается в том, что цвет полученного цемента изменяется при гидратации, что говорит о его нестойкости и непредсказуемости цветовой гаммы.

Известен пластифицированный состав на основе портландцемента с добавками пигмента, используемый, например, для облицовки зданий. Его получают смешением исходных компонентов: портландцемента белого или серого, глины, стеарата кальция и порошка пигмента. Перед использованием в состав добавляется вода [2]
Недостатком данного состава и процесса его получения является недостаточная степень смешения компонентов, приводящая к нарушению однородности в распределении цвета в массе в случае использования как малых, так и больших количеств пигмента, а после нанесения состава на обрабатываемую поверхность с течением времени появляются высолы, ухудшающие декоративность отделки. Кроме того, полученный состав при затворении не дает цементного теста, обладающего литьевыми качествами при низком водопотреблении.

Ближайшим из аналогов является способ получения цветного портландцемента, основанный на совместном помоле белого, серого или слабоокрашенного портландцемента или портландцементного клинкера и гипсосодержащего компонента с пигментами [3]
Но для получения окраски ярких чистых тонов необходимо сравнительно большое количество пигмента: при малых количествах вводимого пигмента возникают трудности при получении однородного цветного вяжущего вещества, а при большом количестве пигмента возможно нарушение сроков схватывания цемента и снижение прочности получаемого цементного камня, а также изменение интенсивности окрашивания ввиду трудности распределения пигмента в среде цемента.

Кроме того, полученный цветной портландцемент не обладает удовлетворительными литьевыми свойствами.

Задача изобретения заключается в получении литьевых портландцементов с расширенной цветовой гаммой, обладающих устойчивой, равномерной интенсивностью окраски, экономичностью, а также в обеспечении возможности управления цветом, то есть подбором состава по заданным цветовым характеристикам.

Задача изобретения заключается также в уменьшении или исключении процесса высолообразования в условиях гидратации цемента при повышении прочностных характеристик.

Поставленная задача решается предложенным способом приготовления цветного, литьевого портландцемента с пластифицирующей добавкой путем совместного помола портландцемента с пигментом или портландцементного клинкера с гипсосодержащими компонентами и пигментом, а затем полученного цветного портландцемента с пластификатором, причем в качестве пигмента используют любые щелочестойкие, водостойкие и светостойкие органические и/или неорганические пигменты, не ухудшающие свойства цемента, то есть должны обладать удовлетворительными качествами по срокам схватывания вяжущего и не вызывать уменьшения прочности. Содержание пигмента ( или смеси пигментов) зависит от интенсивности цвета образца-эталона и находится в пределах до 20% предпочтительно от 10% до 20% а пластификатор используют в количестве 2% от массы конечного продукта.

В качестве пластификатора используют суперпластификатор нафталинформальдегидного типа С-3. При изготовлении допускается введение минеральных добавок наполнителей (например, белый известняк, мел) до 40% при этом их белизна должна быть не менее 70% абсолютной шкалы.

Помол портландцемента с пигментом и с пластифицирующей добавкой следует осуществлять в любом аппарате, обеспечивающим ускорение от 10 до 20 g, причем величина ускорения зависит от свойств взятого пигмента.

Высокая дисперсность получаемых цветных портландцементов позволяет создать тонкие пленки воды на поверхности частиц твердой фазы. При этом напряжение в силовом поле, создаваемом активными центрами на поверхности частиц, меньше, и кинетика нарастания прочности в ранние сроки более высокая.

Наличие пластификатора изменяет структуру адсорбированной воды, образуется двойной электрический слой, и скольжение жидкости идет за пределами неподвижного адсорбционного слоя. Наличие нескомпенсированных зарядов вызывает рост скорости гидратации.

В качестве исходного портландцемента можно использовать портландцементы разного назначения, в том числе и общестроительный портландцемент, а также их смесь. И в качестве исходного портландцементного клинкера можно использовать клинкеры разного назначения, а также их смесь. Содержание MgO в клинкере должно быть не более 5% СаО своб. не более 1,5% SO₃ не более 3,5% по массе.

Технический эффект заключается в том, что за счет использования постадийного смешения исходных веществ при определенных условиях более эффективно происходит смешивание компонентов при совместном помоле. А сам краситель может вводиться как в очень малом, так и в большом количестве, что позволяет получать окрашенные изделия в широком диапазоне по интенсивности окрашивания.

Технология получения портландцементов цветных с пластифицирующей добавкой, литьевых безотходная и основана на окрашивании гидравлических вяжущих методом механохимической активации, позволяющим внедрить в решетку кристаллов катионы поливалентных металлов и валентно-ненасыщенные группы органических соединений хромофоров.

Для получения материалов с заданными свойствами необходимо соблюдать по весу рецептурное соотношение компонентов и технологические параметры механохимической активации. При подготовке исходных рабочих смесей также требуется тщательное перемешивание.

Для получения различных оттенков цветного цемента в него можно вводить пигмент или смесь пигментов как большими, так и малыми порциями. Условно пигменты разделяются на "сильные" (концентрированные) и "слабые", полученные предварительным смешением с наполнителем. Рекомендуется, что если более 10% массы отдельного пигмента к массе цемента требуется для получения нужного оттенка, то следует применять меньшую порцию более сильного пигмента, так как большие порции пигмента ослабляют прочность цемента и цементной продукции. Если необходимо получить цементную продукцию пастельного цвета, то обычно очень трудно распределить малые порции сильного пигмента и более удобно применять большую порцию пигмента с более низкой насыщенностью тона или сильный пигмент, предварительно смешанный с наполнителем.

Для получения цветов, отличных от цветов отдельных пигментов, можно использовать смесь двух или более пигментов. Однако необходимо соблюдать осторожность при выборе пигментов, чтобы удостовериться, что данные пигменты имеют приблизительно одинаковый доминирующий размер частиц.

Предпочтительно перед использованием двух или более пигментов смешивать их предварительно до получения однородного цвета, а не вводить отдельно.

Технологическая линия получения цветного, литьевого портландцемента с пластифицирующей добавкой состоит из тщательно герметизируемых производственных технологических аппаратов для хранения, перемещения, подачи, смешения, помола, разгрузки и фасовки (упаковки) продуктов переработки.

Пылевыбросы с электрофильтров подают на производство портландцемента черного цвета.

Тонкость помола конечного продукта должна быть такой, чтобы при просеивании сквозь сито с сеткой N 008 проходило не менее 98-99% массы просеиваемой пробы.

Усредненный показатель удельной поверхности полученного продукта составляет до 8000 см²/г. По срокам схватывания показатели различных проб (с разными пигментами) портландцементов цветных литьевых составили: начало О^30-50 конец 1^00-50 относительно стандартизированных показателей: "начало не ранее 30 мин, конец не позднее 4 ч от начала затворения". Нормальная густота цементного теста равна 17,0-22,5% Литьевые свойства характеризуются подвижностью расплыв стандартного конуса цементно-песчаного раствора 1:3 при В/Ц=0,4 должен быть не менее 180 мм.

По кинетике набора прочности они относятся к быстротвердеющим цементам, по срокам схватывания к быстросхватывающимся. Они обладают повышенной стойкостью к истиранию и морозостойкостью.

Пример 1.1 (с неорганическим пигментом). Для получения портландцемента цветного с пластифицирующей добавкой литьевого (ПЦЦЛ) берут, белый портландцементный клинкер в количестве от 41 до 85, пигмент от 10 до 20 в зависимости от желаемого цвета, пластификатор 2 и остальное белый наполнитель (мел, известняк, например) и гипс.

Сначала получают цветной портландцемент путем постадийного совместного помола сырьевых компонентов при ускорении 20 g, а затем портландцемент цветной литьевой (ПЦЦЛ) путем совместного помола полученного полупродукта с пластифицирующей добавкой при ускорении 20 g.

Клинкер, наполнитель и гипс должны иметь белизну не менее 70% абсолютной шкалы. Тонкость помола на первой стадии соответствует 4% остатка на сите 0,08, а на второй стадии 2%
В качестве пигмента используют красный железоокисный пигмент.

Получают гамму портландцементов цветных литьевых от светло-коричневого до красно-коричневого цвета. При этом ПЦЦЛ имеют очень чистые цветовые тона.

Пример 1.2 (со смесью неорганического и органического пигментов). Технология получения по примеру 1.1, но помол осуществляют при 15 g, а в качестве пигмента используют смесь кобальто-алюминиевой шпинели и пигмента бордо.

Получают гамму цементов от нежно-сиреневого цвета до темно-вишневого.

Пример 1.3 (с органическим пигментом). Технология получения по примеру 1.1, но в качестве пигмента используют азопигмент красный 5 С, а помол осуществляют при 10 g.

Получают гамму портландцементов цветных литьевых розового цвета.

Пример 1.4 (со смесью органических пигментов). Технология получения, как в примере 1.1, но в качестве пигмента используют смесь органических пигментов желтого светопрочного азопигмента и голубого фталоцианинового пигмента, а помол осуществляют при 10 g.

Получают гамму портландцементов цветных литьевых от желто-зеленого цвета до ярко-зеленого цвета.

Пример 2 (со смесью неорганических пигментов). Для получения портландцемента цветного с пластифицирующей добавкой литьевого (ПЦЦЛ) берут, рядовой отбеленный (кремовый) портландцементный клинкер 45-85, пигмент 10, пластификатор 2, белый наполнитель (например, мел, известняк) и гипс - остальное.

Сначала получают цветной портландцемент путем постадийного совместного помола сырьевых компонентов при ускорении 20 g, а затем портландцемент цветной литьевой (ПЦЦЛ) путем совместного помола полученного полупродукта с пластифицирующей добавкой при ускорении 20 g.

В качестве пигмента используют смесь неорганических пигментов диоксида титана и желтого железоокисного пигмента. Соотношение пигментов зависит от оттенков цвета заданного эталона. Получают гамму портландцементов цветных литьевых охристо-желтого цвета. Тонкость помола, как в примере 1.1.

Пример 3 (со смесью неорганических пигментов). Для получения портландцемента цветного с пластифицирующей добавкой литьевого (ПЦЦЛ) берут, серый рядовой портландцементный клинкер 81-85, пигмент 10, пластификатор 2, остальное гипс.

Сначала получают цветной портландцемент путем постадийного совместного помола сырьевых компонентов при ускорении 20 g, а затем портландцемент цветной литьевой путем совместного помола полученного полупродукта с пластифицирующей добавкой при ускорении 20 g.

В качестве пигмента используют смесь неорганических пигментов: диоксида титана и красного железоокисного пигмента. Соотношение пигментов зависит от оттенков цвета заданного эталона. Получают гамму портландцементов цветных литьевых коричневого цвета. Тонкость помола, как в примере 1.1.

Пример 4 (со смесью неорганических пигментов). Для получения портландцемента цветного с пластифицирующей добавкой литьевого (ПЦЦЛ) берут. серый рядовой портландцементный клинкер 41-61, белый наполнитель 20-40, пигмент 10-20, пластификатор 2, остальное гипс.

Сначала получают цветной портландцемент путем постадийного совместного помола сырьевых компонентов при ускорении 20 g, а затем портландцемент цветной литьевой путем совместного помола полученного полупродукта с пластифицирующей добавкой при ускорении 20 g.

В качестве пигмента используют смесь неорганических пигментов диоксида титана и оксида хрома. Соотношение пигментов зависит от оттенков цвета заданного эталона. Получают гамму портландцементов цветных литьевых зеленого цвета. Тонкость помола, как в примере 1.1.

В зависимости от количества исходного портландцементного клинкера (41-85%) получают пределы прочности, приведенные в таблице.

Для приготовления цветного цементного раствора отвешивают цемент и песок в соотношении 1: 3, тщательно перемешивают в течение 1 мин, затем в центре конуса из сухой смеси делают лунку, вливают в нее воду в один прием из расчета 240-260 г на 1 кг цемента, дают воде впитаться в течение 2 мин и перемешивают в течение 5 мин до получения однородной массы. При избытке воды цементно-песчаный камень растрескивается.

При использовании ПЦЦЛ для покраски оштукатуренных стен на увлажненную и очищенную поверхность наносят процеженный раствор цветного цемента не позднее 30 мин после приготовления. Получается окрашенная поверхность типа "меловой или известковой побелки".

Для получения клеевой закрепленной окраски ПЦЦЛ следует затворить не на воде, а на клеевом растворе. На 1 кг цемента требуется 0,4 л 10%-ного раствора клея.

Таким образом, полученные цветные литьевые с пластифицирующей добавкой портландцементы обладают широкой цветовой гаммой чистых тонов. Только при точном соблюдении последовательности и параметров процесса возможно получение высокодисперсных высокопрочных, быстротвердеющих, не подтверженных высолообразованию и цветостойких при тепловлажностной обработке и ультрафиолетовом облучении цветных портландцементов. Их отличительной особенностью является способность литься при низком водопотреблении (17-18%). Образуемый цементный камень имеет мелкопористую структуру, напоминающую на сколе фарфор. Предел прочности ПЦЦЛ через 3-28 сут с момента изготовления составляет в среднем при изгибе не менее 40-55, при сжатии не менее 260-400.

Портландцементы цветные литьевые применяют для изготовления цветных бетонных, растворных и отделочных смесей, в том числе и для изделий малых архитектурных форм, для реставрационных работ, в качестве цементной краски для оштукатуренных стен жилых и общественных зданий (цементный раствор заливает мельчайшие рельефы поверхности). Они обладают повышенной стойкостью к истиранию и морозостойкостью.

ПЦЦЛ дают полированную поверхность и могут быть использован для изготовления искусственных камней типа мрамор, гранит, малахит, а также для выполнения скульптурных работ, причем изготовление изделий не требует пропаривания.

Область использования: изобретение относится к производству строительных материалов, а именно к получению цветных литьевых портландцементов с пластифицирующей добавкой. Сущность изобретения: для получения цветного, литьевого портландцемента (ПЦЦЛ) проводят постадийный помол исходного портландцемента или портландцементного клинкера и гипса с пигментом, а затем с пластификатором С-3. При этом используют готовые портландцемент серый ДО М-400, или кремовый портландцемент ДО М-400, полученный из отбеленных рядовых портландцементных клинкеров, или белый портландцемент ДО М-400. Получение перечисленных портландцементов из портландцементных клинкеров серого, кремового и белого можно включить непосредственно в технологический процесс получения портландцементов цветных путем помола при ускорении частиц измельченных материалов 10-20 g, а затем помолоть их совместно с пластификатором С-3 при таком же ускорении. В качестве пигмента используют любые органические или неорганические пигменты или их смеси, не ухудшающие технические характеристики портландцементов, полученных до введения пигментов. Тонкость помола на первой стадии должна соответствовать 4% остатка на сите 0,08, а на второй стадии - 2% остатка на сите 0,08. Полученные ПЦЦЛ обладают широкой цветовой гаммой чистых тонов. Они высокопрочны, быстро твердеют, не подвержены высолообразованию, цветостойкости при тепловлажной обработке и ультрафиолетовом облучении. Их применение распространяется не только в области строительства, архитектуры и скульптурных работ, но и в технологии получения искусственных камней. 7 з.п.ф-лы, 1 табл.

1. Способ получения цветного портландцемента, включающий совместный помол исходного портландцемента или портландцементного клинкера, измельченного с гипсосодержащим компонентом и с пигментом, отличающийся тем, что сначала совместный помол ведут при ускорении 10 20 g до тонкости помола, соответствующей 4% остатку на сите N 0 08, после чего вводят суперпластификатор С-3 на основе натриевой соли продукта конденсации нафталинсульфокислоты с формальдегидом и осуществляют домол с тем же ускорением до получения цветного портландцемента с тонкостью помола, соответствующей 2% остатка на сите N 0 08. 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что при помоле или домоле вводят белые минеральные добавки в количестве до 40% от массы конечного продукта. 3. Способ по п.1, отличающийся тем, что исходный портландцемент или портландцементный клинкер берут в количестве не менее 41% а пигмента не более 20% от массы конечного продукта. 4. Способ по п.1, отличающийся тем, что суперпластификатор С-3 берут в количестве 2% от массы конечного продукта. 5. Способ по п.1 или 3, отличающийся тем, что в качестве исходного портландцемента используют разновидности портландцемента или их смесь. 6. Способ по п.1 или 3, отличающийся тем, что в качестве исходного портландцементного клинкера используют клинкеры разного вида или их смесь. 7. Способ по п.1 или 3, отличающийся тем, что в качестве пигмента используют любые неорганические и/или органические пигменты. 8. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве гипсосодержащего компонента используют природный гипсовый камень или гипсосодержащий отход производства.